1、 第七章第七章 蛋白质工程在蛋白质工程在医药工业中的应用医药工业中的应用 第一节第一节医用蛋白质工程进展医用蛋白质工程进展 和医用蛋白质设计和医用蛋白质设计一、医用蛋白质工程一、医用蛋白质工程医用抗体工程医用抗体工程抗体酶工程抗体酶工程融合蛋白工程融合蛋白工程抗抗 体体 中中和和 病病 毒毒一）医用抗体工程一）医用抗体工程抗抗 体体凝凝集集细细菌菌抗抗体对体对其抗原有其抗原有极强专极强专一性一性抗抗原原抗抗体体反反应应 抗体工程抗体工程（antibody engineering)通过对通过对抗体抗体分子分子结构结构和和功能功能关系的研究，关系的研究，有计划地对抗体蛋白质有计划地对抗体蛋白质序列
2、序列进行进行改造改造，改善改善抗体某些抗体某些功能功能的技术。的技术。1 1、抗体工程概念、抗体工程概念2 2、抗抗体用途体用途疾病的诊断疾病的诊断疾病的治疗疾病的治疗其他方面的应用其他方面的应用抗抗体体用用于于疾疾病病的的诊诊断断Dynamic imaging of 99mTc-IT-Fab in nude mice bearing human hepatoma model(posterianterior position).图片来源于图片来源于99mTc labeled HAb18 McAb Fab fragment for radio immuno-imaging in nude mic
3、e bearing human hepatocellular carcinoma World J Gastroenterol抗抗体体用用于于疾疾病病的的诊诊断断肿瘤分子抗体（绿色荧光蛋白标记）肿瘤分子抗体（绿色荧光蛋白标记）用于检测肿瘤的生长和转移用于检测肿瘤的生长和转移抗抗体体用用于于疾疾病病的的诊诊断断乙型肝炎诊断试剂盒乙型肝炎诊断试剂盒 乙型流感诊断试剂盒乙型流感诊断试剂盒抗抗体体药药物物适适应应症症摘自摘自2009-2012年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告抗抗体体药药物物销销售售单位：亿美元单位：亿美元2000-2010年全球
4、克隆抗体药物销售额统计及预测 摘自摘自2009-2012年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告抗抗体体药药物物“重磅重磅”抗体药物抗体药物药物名称药物名称 功功 效效 制药公司制药公司立普妥立普妥 降胆固醇降胆固醇 辉辉 瑞瑞 （Lipitor)波立维波立维 抗凝血抗凝血 赛诺菲赛诺菲-安万特安万特（Plavix)利妥昔单抗利妥昔单抗 早期淋巴瘤早期淋巴瘤 基基 因因 技技 术术(Rituxan/MabThera)舒悦泰舒悦泰 哮哮 喘喘 葛兰素史克葛兰素史克(dvair/Seretide)抗抗体体药药物物专专利利图摘自图摘自以专利信息分析
5、生物医药重点领域发展态势及产业基本状况以专利信息分析生物医药重点领域发展态势及产业基本状况 （上海浦东知识产权中心（上海浦东知识产权中心 2009）世界抗体药物专利世界抗体药物专利世界抗体药物专利世界抗体药物专利 情况情况 中日美三国抗体药物专利情况中日美三国抗体药物专利情况单克隆抗体单克隆抗体多克隆抗体多克隆抗体基因工程抗体基因工程抗体3 3、抗体分类、抗体分类嵌合抗体嵌合抗体人源化抗体人源化抗体小分子抗体小分子抗体 基因工程抗体基因工程抗体 （engineering antibody）利用基因重组基因重组技术对编码抗体抗体的基因基因按照不同需求进行加工改造加工改造和重新装配重新装配，引入适
6、当的受体细胞受体细胞，由其表达表达生产出预期预期的抗体抗体分子，又称重组抗体重组抗体。4 4、人、人 鼠嵌合抗体的构建鼠嵌合抗体的构建人一鼠嵌合抗体是将人一鼠嵌合抗体是将鼠源鼠源单抗的单抗的可变区可变区与与人人抗体的抗体的恒定区恒定区融合融合而得到的而得到的抗体抗体。Pr 鼠鼠VH 人人 CH Pr 鼠鼠VL 人人 CL免疫球蛋白基因载体的构建H链嵌合载体链嵌合载体L 链嵌合载体链嵌合载体共转染细胞共转染细胞启动子启动子人人-鼠嵌合抗体构建鼠嵌合抗体构建鼠鼠VH鼠鼠VL人人CL人人CH抗体分泌细胞抗体分泌细胞 人抗体恒定区可根据需要选择，不同的恒人抗体恒定区可根据需要选择，不同的恒定区会带给嵌
7、合抗体不同功能。定区会带给嵌合抗体不同功能。人一鼠嵌合抗体与鼠单抗相比，免疫原性人一鼠嵌合抗体与鼠单抗相比，免疫原性大大降低，利于在人体内应用。大大降低，利于在人体内应用。目前已制备出上百种抗各种抗原目前已制备出上百种抗各种抗原(包括肿瘤包括肿瘤相关抗原相关抗原)的嵌合抗体的嵌合抗体。5 5、人源化抗体人源化抗体 尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但有尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但有时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一步降低抗体的鼠源成分，把步降低抗体的鼠源成分，把鼠抗鼠抗体的体的CDR序序列列移植到移植到人抗人抗体的体的可变区可变区内，所得到的抗
8、体内，所得到的抗体称称CDR移植抗体或改型抗体，也就是移植抗体或改型抗体，也就是人源化人源化抗体抗体。人人源源化化抗抗体体CDR序列序列 CDR序列序列 鼠单克隆抗体鼠单克隆抗体 人抗体人抗体人源化抗体（改型抗体）人源化抗体（改型抗体）鼠单克隆鼠单克隆V V区人源化（区人源化（CDRCDR移植）移植）经过经过CDRCDR移植，抗体的移植，抗体的免疫原性极低免疫原性极低，而其，而其抗原结合能力抗原结合能力保持保持不变不变，结合半抗，结合半抗原及全抗原原及全抗原(如细胞表面受体、病毒等如细胞表面受体、病毒等)的改形抗体都已有报道，到现在已有的改形抗体都已有报道，到现在已有数百种人源化抗体。（美国正
9、式上市的数百种人源化抗体。（美国正式上市的1111种治疗性单抗中多数是改型抗体）种治疗性单抗中多数是改型抗体）FvScFv单域抗体最小识别单位Fab小分子抗体包括小分子抗体包括FabFab、FvFv或或ScFvScFv、单域抗体、单域抗体及及最小识别单位最小识别单位等几种。等几种。6 6、小分子抗体、小分子抗体7.7.双特异抗体和多价抗体双特异抗体和多价抗体抗原抗体的轻链可变区基因(VLA)与抗抗原抗体的重链可变区(VHB)通过短肽连接子连接;同样地,将VHA与VLB连接。表达后,VLA VHB与VHA VLB交叉连结,形成双特异性抗体双特异性抗体。双特异性抗体双特异性抗体(bispecifi
10、c antibody,BSAb)能同时识别能同时识别二种抗原二种抗原的抗的抗体。一种为对应体。一种为对应肿瘤相关肿瘤相关抗原抗原。另一种为对应。另一种为对应效应效应成分。成分。双特异性抗体即能结合双特异性抗体即能结合靶肿瘤细胞靶肿瘤细胞又能结合高细胞又能结合高细胞毒性的毒性的效应细胞效应细胞,将效应细胞富集在肿瘤周围将效应细胞富集在肿瘤周围,而且而且可以模拟天然配体的作用可以模拟天然配体的作用,与细胞表面引发分子结合与细胞表面引发分子结合,激活效应细胞激活效应细胞,实现对实现对肿瘤细胞肿瘤细胞的的杀伤杀伤和和裂解裂解。二）抗体酶工程二）抗体酶工程 抗体酶既具有抗体的高度抗体酶既具有抗体的高度选
11、择性选择性又具又具有酶的高效有酶的高效催化特性催化特性。抗体酶的应用：抗体酶的应用：手性药物合成手性药物合成药物设计药物设计临床治疗临床治疗三）融合蛋白三）融合蛋白 将将两种或两种或两种两种以上以上的功能的功能蛋白质蛋白质的的基因基因重组重组，产生新的，产生新的融合蛋白质融合蛋白质，可发挥，可发挥超超越其单分子越其单分子的的生物生物学学活性活性。融融合合蛋蛋白白重重组组质质粒粒的的构构建建摘自摘自Purification and application of bacterially expressed Chimeric protein E1E2 of hepatitis C virus.Pro
12、tein Expression and Purification 上市的重组融合蛋白药物上市的重组融合蛋白药物Ontak：IL-2融合的白喉毒蛋白，靶向治疗皮肤融合的白喉毒蛋白，靶向治疗皮肤T细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤Enbrel：TNF可溶性受体融合可溶性受体融合IgG片段，治疗类片段，治疗类风湿性关节炎风湿性关节炎二、医用蛋白质设计二、医用蛋白质设计 DOCK程序发现先导化合物程序发现先导化合物 DOCK程序是最老和最广泛使用的基于程序是最老和最广泛使用的基于蛋白质结构蛋白质结构去寻找与其相匹配的去寻找与其相匹配的抑制剂抑制剂的方法的方法 美国科学家最近开发出一种美国科学家最近开发出一种计算机建
13、模计算机建模方法，它能够通过方法，它能够通过预测抗体预测抗体的的结构变结构变化化来来提升药物提升药物的效力。相关研究论文的效力。相关研究论文20092009年年9 9月月2323日在线发表于日在线发表于NatureNature上。上。爱必妥抗体的一个片断爱必妥抗体的一个片断cetuximabcetuximab与表与表皮生长因子受体（皮生长因子受体（EGFREGFR）发生了结合）发生了结合 利用利用计算机建模计算机建模对对抗结肠癌药物爱必抗结肠癌药物爱必妥妥（Erbitux）进行了进行了改造，并使抗体与改造，并使抗体与标靶的标靶的亲和力亲和力增加增加到原始蛋白分子的到原始蛋白分子的10倍。倍。资
14、料摘自资料摘自Natureonline 2009/09/23课外文献阅读课外文献阅读1、单克隆抗体及基因工程抗体在医学诊断上单克隆抗体及基因工程抗体在医学诊断上的应用的应用中华检验医学杂志中华检验医学杂志 2005(06)2、基因工程鼠基因工程鼠Muc1-MBP融合蛋白的制备及融合蛋白的制备及其免疫活性测定其免疫活性测定中国免疫学杂志中国免疫学杂志 2009(03)3、单链抗体及其医学应用单链抗体及其医学应用中国生物制品学中国生物制品学杂志杂志 2009(01)4、蛋白质定向进化技术在改进单链抗体亲和力蛋白质定向进化技术在改进单链抗体亲和力方面的研究进展方面的研究进展 第四军医大学学报第四军医
15、大学学报 2009(05)5、基因工程双价抗体在肿瘤中的研究进展基因工程双价抗体在肿瘤中的研究进展国国际病理科学与临床杂志际病理科学与临床杂志 2008(06)6、蛋白质类医用高分子微生物合成的研究进展蛋白质类医用高分子微生物合成的研究进展生物技术生物技术 2008(02)7、蛋白质新功能定向进化研究策蛋白质新功能定向进化研究策生物技术通报生物技术通报 2009(03)1、我国是、我国是HBV、HCV高发区，很多病人同时感染两高发区，很多病人同时感染两种病毒，研究表明种病毒，研究表明HBV的包膜蛋白（的包膜蛋白（L蛋白）和蛋白）和HCV包膜蛋白（包膜蛋白（E1E2蛋白）注射机体后能使机体蛋白）注射机体后能使机体产生针对产生针对HBV/HCV的抗性，能否设计一种疫苗可的抗性，能否设计一种疫苗可以同时预防以同时预防HBV和和HCV呢？呢？2、你认为抗体工程今后的发展趋势如何？、你认为抗体工程今后的发展趋势如何？课后思考题：课后思考题：
